در طول 20 سال گذشته، آزمایشگاه مواد هیبریدی (HM Lab) دانشگاه علوم کاربردی و هنر جنوب سوئیس (SUPSI) تحقیقات پیشرفته‌ای را روی سرامیک انجام داده است. در سال 2019، پروفسور آلبرتو اورتونا، رئیس آزمایشگاه HM، پتانسیل پرینت سه بعدی متخلخل را برای مواد سرامیکی نشان داد. اکنون، مارکو پلانکونی، یکی از نامزدهای دکترای پروفسور اورتونا در دانشگاه پادوآ، با موفقیت از دکترای خود دفاع کرده است. پایان نامه در همین حوزه تحقیقاتی.
یک فرآیند AM ترکیبی جدید
پلانکونی به عنوان پروژه پایان نامه خود، این فرآیند را برای تولید معماری های پیچیده سرامیکی از طریق ساخت افزودنی بهینه کرد. این رویکرد شامل پرینت سه بعدی پریفرم های پلیمری با ریزتخلخل بالا از طریق تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)، همراه با نفوذ با پلیمرهای پر سرامیک است. سپس، پیرولیز برای به دست آوردن تبدیل پلیمر به سرامیک در حدود 1000 درجه سانتیگراد استفاده می شود. تراکم نهایی از طریق نفوذ سیلیکون مذاب برای دستیابی به قطعات سرامیکی با چگالی بالا انجام می شود.
کنترل تخلخل با پارامترهای باز
کیت Sintratec – اولین و تنها کیت مونتاژ در جهان در زمینه SLS – به لطف پارامترهای باز چاپگر سه بعدی در مرکز تحقیقات مارکو پلانکونی قرار گرفت. Pelanconi می‌گوید: «این کیت به ما اجازه می‌دهد تا پارامترهای چاپ زیادی را تغییر دهیم، از جمله دمای سطح پودر، ضخامت لایه، سرعت لیزر، فاصله جوجه‌کشی و موارد دیگر، که کنترل تخلخل قطعات چاپ‌شده سه‌بعدی را آسان می‌کند.» با تغییر این عوامل، مهندس مواد در دانشگاه SUPSI توانست به تخلخل ایده‌آل (که برای نفوذ بیشتر ضروری است) و در نتیجه کیفیت قطعه بالا دست یابد.
معماری های پیچیده سرامیکی
برای نشان دادن اینکه چگونه می توان از این روش برای اشکال مخصوصاً پیچیده استفاده کرد، تحقیقات Pelanconi بر دو ساختار متخلخل استوانه ای با توپولوژی های مختلف متمرکز شد: یک مکعب چرخان و یک ژیروید. پس از چاپ با Sintratec PA12 و تبدیل بعدی به سرامیک، قطعات به دست آمده خواص مکانیکی و حرارتی برجسته ای از خود نشان دادند. آنها با وجود انقباض 25 درصدی، شکل بکر خود را بدون اعوجاج یا ترک های بزرگ حفظ کردند. به گفته Pelanconi، قدرت دو محوری چشمگیر آنها 165 مگاپاسکال همچنان می تواند از طریق بهینه سازی فرآیند بیشتر افزایش یابد.
پتانسیل برای بسیاری از صنایع
پلانکونی می‌گوید: «این دسته از مواد خواص حرارتی-مکانیکی بی‌نظیری دارند که توسط فولادها قابل ارائه نیست، مانند مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی بالا و استحکام بالا.» بنابراین، سرامیک ها برای استفاده در محیط های شدید مناسب هستند، به عنوان مثال، در مبدل های حرارتی، پشتیبانی کاتالیزور، ذخیره سازی حرارتی، مشعل ها یا هوافضا. این رویکرد نوآورانه، که توسط مارکو پلانکونی در آزمایشگاه HM انجام شد، می‌تواند به لطف مواد سرامیکی مختلف که از طیف وسیعی از پلیمرهای پر سرامیک به دست می‌آیند، توسط صنعت با فناوری پیشرفته مورد بهره‌برداری قرار گیرد.